CN108067594A - 成型体制造方法和成型体制造装置 - Google Patents

Abstract

在一种成型体制造方法中，熔融金属从保持在保持炉中的熔融金属的熔融金属表面引出并通过配置为限定成型体的截面形状的形状限定构件，该成型体制造方法包括：测量所形成的成型体的表面温度使得已通过形状限定构件的被保持的熔融金属凝固；基于成型体的表面温度的测量结果调节涂料喷嘴的高度使得向其吹送散热涂料的成型体的表面温度变为熔融金属的凝固点以下；以及从涂料喷嘴向成型体的表面喷射散热涂料。

Description

成型体制造方法和成型体制造装置

技术领域

本发明涉及成型体制造方法和成型体制造装置。

背景技术

日本专利号5373728公开了一种用于制造金属成型体的装置。在日本专利号5373728中公开的设备中，当引锭被浸入到熔融金属的表面(即，熔融金属表面)中并随后上引引锭时，由于熔融金属的表面膜和表面张力，熔融金属也随着引锭被引出。这里，可以连续地形成具有期望截面形状的成型体使得熔融金属经由布置在熔融金属表面上的形状限定构件引出，然后将如此引出的熔融金属冷却。

在日本专利号5373728中公开的装置中，形状限定构件仅限定成型体的截面形状，而不限定成型体的纵向形状。由于这个缘故，通过在沿水平方向移动形状限定构件(或引锭)的同时上引引锭，可形成具有各种纵向形状的成型体。更特别地，日本专利号5373728公开了一种在其纵向上不以线性形状、而是在纵向上以之字形状或螺旋形状形成的空心成型体(即，管)。

发明内容

同时，需要以高品质高效地制造具有热辐射性质的成型体如散热器。形成具有热辐射性质的成型体，例如以便向被加热的成型体的表面施加具有在高温下凝固的性质的含树脂涂料，以形成散热涂层。

这里，如果可以通过日本专利号5373728中公开的装置在成型过程中向处于高温状态下的成型体的表面吹送含树脂涂料，则可在成型体的表面上高效地形成散热涂层而不另外加热成型体。

然而，在此方法中，在其中向从熔融金属表面上引但尚未凝固的熔融金属吹送涂料的情况下，尚未凝固的熔融金属的截面形状因吹送压力而变形，这可能降低成型体的品质。

本发明提供了成型体制造方法和成型体制造装置，其各自可在成型体的表面上高效地形成散热涂层而不降低成型体的品质。

根据本发明的一个方面的成型体制造方法为用于制造成型体的成型体制造方法，所述成型体制造方法使得熔融金属从保持在保持炉中的熔融金属的熔融金属表面引出并通过配置为限定成型体的截面形状的形状限定构件，并且所述成型体制造方法包括：测量所形成的成型体的表面温度使得已通过形状限定构件的熔融金属凝固的步骤；基于成型体的表面温度的测量结果调节涂料喷嘴的高度使得向其吹送散热涂料的成型体的表面温度变为熔融金属的凝固点以下的步骤；以及从涂料喷嘴向成型体的表面喷射散热涂料的步骤。这可防止散热涂料被吹送到从熔融金属表面上引但尚未凝固的熔融金属，从而使得可以防止成型体的品质的降低。

根据本发明的这一个方面的成型体制造方法可配置为使得：基于成型体的表面温度的测量结果向上移动涂料喷嘴使得向其吹送散热涂料的成型体的表面温度变为熔融金属的凝固点以下；以及其后，当确定向其吹送散热涂料的成型体的表面温度为熔融金属的凝固点以下时，固定涂料喷嘴的高度。

在涂料喷嘴的高度的调节中，可调节涂料喷嘴的高度使得向其吹送散热涂料的成型体的表面温度不低于散热涂料凝固的温度，但低于散热涂料分解的温度。由此，吹送到处于高温状态下的成型体的表面的散热涂料正常凝固，使得可以高品质在成型体的表面上高效地形成散热涂层。

根据本发明的这一个方面的成型体制造方法可配置为使得：当确定向其吹送散热涂料的成型体的表面温度不低于散热涂料凝固的温度时，向上移动涂料喷嘴；当确定向其吹送散热涂料的成型体的表面温度低于散热涂料分解的温度并且低于足以使散热涂料凝固的温度时，向下移动涂料喷嘴；以及其后，当确定向其吹送散热涂料的成型体的表面温度不低于散热涂料凝固的温度但低于散热涂料分解的温度时，固定涂料喷嘴。

根据本发明的一个方面的成型体制造装置为如下成型体制造装置，其包括：保持炉，其配置为保持熔融金属；和形状限定构件，其布置在熔融金属的熔融金属表面上并且配置为在从熔融金属表面引出的熔融金属通过形状限定构件时限定待制造的成型体的截面形状，并且还包括：温度测量器，其配置为测量所形成的成型体的表面温度使得已通过形状限定构件的熔融金属凝固；涂料喷嘴，其配置为向所形成的成型体的表面喷射散热涂料使得已通过形状限定构件的熔融金属凝固；和执行器，其配置为沿上下方向驱动涂料喷嘴。所述成型体制造装置基于温度测量器的测量结果调节涂料喷嘴的高度，使得向其吹送散热涂料的成型体的表面温度变为熔融金属的凝固点以下。这可防止散热涂料被吹送到从熔融金属表面上引但尚未凝固的熔融金属，从而使得可以防止成型体的品质的降低。

根据本发明的这一个方面的成型体制造装置可配置为使得基于成型体的表面温度的测量结果向上移动涂料喷嘴使得向其吹送散热涂料的成型体的表面温度变为熔融金属的凝固点以下；以及其后，当确定向其吹送散热涂料的成型体的表面温度为熔融金属的凝固点以下时，固定涂料喷嘴的高度。

可调节涂料喷嘴的高度使得向其吹送散热涂料的成型体的表面温度不低于散热涂料凝固的温度，但低于散热涂料分解的温度。由此，吹送到处于高温状态下的成型体的表面的散热涂料正常凝固，使得可以高品质在成型体的表面上高效地形成散热涂层。

根据本发明的这一个方面的成型体制造装置可配置为使得：当确定向其吹送散热涂料的成型体的表面温度不低于散热涂料凝固的温度时，向上移动涂料喷嘴；当确定向其吹送散热涂料的成型体的表面温度低于散热涂料分解的温度并且低于足以使散热涂料凝固的温度时，向下移动涂料喷嘴；以及其后，当确定向其吹送散热涂料的成型体的表面温度不低于散热涂料凝固的温度但低于散热涂料分解的温度时，固定涂料喷嘴。

本发明可提供成型体制造方法和成型体制造装置，其各自可在成型体的表面上高效地形成散热涂层而不降低成型体的品质。

附图说明

本发明的示例性实施方案的特征、优点以及技术和工业重要性将在下文结合附图描述，在附图中，相同的附图标记表示相同的要素，且其中：

图1为示意性地示出了根据实施方案1的成型体制造装置的截面视图；

图2为图1中示出的形状限定构件的平面视图；

图3为示出了通过图1中示出的成型体制造装置制造的成型体的表面温度的温度梯度的一个实例的视图；

图4为示出了根据实施方案1的成型体制造方法的流程图；和

图5为示出了根据实施方案2的成型体制造方法的流程图。

具体实施方式

下文结合附图描述应用了本发明的具体实施方案。然而，本发明不限于以下实施方案。此外，为了描述的清晰起见，适当简化了以下描述和附图。

<实施方案1>首先结合图1描述根据实施方案1的成型体制造装置。图1为示意性地示出了根据实施方案1的成型体制造装置的截面视图。如图1中所示，根据实施方案1的成型体制造装置包括熔融金属保持炉(保持炉)101、形状限定构件102、支承杆104、执行器105、冷却剂气体喷嘴106、热电偶107、涂料喷嘴108、执行器109、控制部110和上引机111。注意，图1中示出了xyz右手坐标系以便于描述构成部分之间的位置关系。图1中的xy平面构成水平面，z-轴方向为竖直方向。更特别地，z轴的正方向为竖直方向上的上侧。

熔融金属保持炉101在其中贮存例如铝或其合金的熔融金属M1并使熔融金属M1保持在熔融金属M1具有流动性的预定温度下。在图1的实例中，熔融金属保持炉101在成型体M3的制造过程中不补充熔融金属M1，因而熔融金属M1的表面(即，熔融金属表面)逐渐下降。同时，可根据需要在成型体M3的制造过程中向熔融金属保持炉101中补充熔融金属M1，使得熔融金属表面保持恒定。这里，当熔融金属保持炉101的预设温度增大时，可提高凝固界面SIF的位置。当熔融金属保持炉101的预设温度减小时，可降低凝固界面SIF的位置。自然，熔融金属M1可由非铝的其他金属或其合金制成。

形状限定构件102由例如陶瓷或不锈钢制成并布置在熔融金属表面上。形状限定构件102限定待制造的成型体M3的截面形状。图1中示出的成型体M3为实心构件，其水平截面(以下称为横截面)具有圆形形状。自然，成型体M3的截面形状不受特别限制。也就是说，成型体M3的横截面的形状可为矩形，并且成型体M3可为空心构件如圆形管或正方形管。

在图1中示出的实例中，形状限定构件102布置为使得其下侧上的主面(底面)与熔融金属表面接触。这防止形成在熔融金属M1的表面上的氧化物膜和漂浮在熔融金属M1的表面上的异物混入到成型体M3中。同时，形状限定构件102可布置为使得其底面不与熔融金属表面接触。更特别地，形状限定构件102可布置为使得其底面与熔融金属表面距离预定的距离(例如，约0.5mm)。由此，形状限定构件102的热变形和侵蚀得以抑制，因而其耐久性得以改善。

图2为图1中示出的形状限定构件102的平面视图。这里，图1的形状限定构件102的截面视图对应于沿图2中线I-I截取的截面视图。在图2的实例中，形状限定构件102具有矩形平面形状并在其中心部分具有圆形开口。该开口用作熔融金属M1通过的熔融金属通过部103。注意，图2中的xyz坐标为与图1中相同的坐标。

如图1中所示，在熔融金属M1连接到浸入其中的引锭ST后，熔融金属M1随引锭ST被上引，其外部形状因其表面膜和表面张力而保持，并通过形状限定构件102的熔融金属通过部103。当熔融金属M1通过形状限定构件102的熔融金属通过部103时，从形状限定构件102向熔融金属M1施加外力，使得成型体M3的截面形状得以限定。这里，因熔融金属M1的表面膜和表面张力而随引锭ST(或使得随引锭ST如此上引的熔融金属M1凝固而形成的成型体M3)从熔融金属表面上引的熔融金属被称为被保持的熔融金属M2。此外，成型体M3与被保持的熔融金属M2之间的边界为凝固界面SIF。

支承杆104支承形状限定构件102。支承杆104连接到执行器105。

执行器105可经由支承杆104沿上下方向(z-轴方向)移动形状限定构件102。这使得可以在成型体M3的制造过程中随着熔融金属表面的下降而向下移动形状限定构件102。此外，执行器105可经由支承杆104沿水平方向(x-轴方向和y-轴方向)移动形状限定构件102。这使得可以随意地改变成型体M3的纵向形状。

冷却剂气体喷嘴106通过向引锭ST或成型体M3吹送冷却剂气体(例如，空气、氮气、氩气等)而间接地冷却被保持的熔融金属M2。当增大冷却剂气体的流速时，凝固界面SIF的位置降低，当减小冷却剂气体的流速时，凝固界面SIF的位置提高。注意，冷却剂气体喷嘴106也可沿上下方向(竖直方向；z-轴方向)和水平方向(x-轴方向和y-轴方向)移动。相应地，冷却剂气体喷嘴106可随着成型体M3的制造过程中熔融金属表面的下降随着形状限定构件102的向下移动而向下移动。或者，冷却剂气体喷嘴106可随着上引机111和形状限定构件102的水平移动而在水平方向上移动。

当引锭ST或成型体M3随成型体M3由连接到引锭ST的上引机111上引而被冷却剂气体冷却时，凝固界面SIF附近的被保持的熔融金属M2从上侧(z-轴方向上的正侧)向下侧(z-轴方向上的负侧)依次凝固，并因此形成成型体M3。当增大上引机111的上引速度时，可提高凝固界面SIF的位置。当减小上引速度时，可降低凝固界面SIF的位置。

注意，可沿水平方向移动上引机111而不沿水平方向移动形状限定构件102。通过在沿水平方向移动上引机111的同时上引上引机111，被保持的熔融金属M2可沿对角线方向引出。这使得可以随意地改变成型体M3的纵向形状。

热电偶107通过使其测温接点与所形成的成型体M3的表面接触来测量成型体M3的表面温度使得被保持的熔融金属M2凝固。本实施方案涉及其中使用热电偶107作为温度测量器的情况。然而，本实施方案不限于此，并且可使用放射温度计等。

涂料喷嘴108向成型体M3的表面吹送散热涂料P1。散热涂料P1为具有在高温下凝固的性质的含树脂涂料，并且为例如PAI(聚酰胺酰亚胺)。涂料喷嘴108可通过执行器109沿上下方向(z-轴方向)移动。

控制部110基于热电偶107的测量结果控制执行器109。由此，调节涂料喷嘴108的高度(在z-轴方向上的位置)。

这里，控制部110存储预先评估的成型体M3的表面温度的温度梯度信息。由于这个缘故，控制部110可基于在热电偶107的测量位置处成型体M3的表面温度指定涂料喷嘴108的喷射位置处成型体M3的表面温度。注意，成型体M3的表面温度的温度梯度根据熔融金属M1(成型体M3)的材料、上引速度、冷却剂气体的冷却强度等而异。

例如，在其中向其吹送散热涂料P1的成型体M3的表面温度过高的情况下，控制部110向上移动涂料喷嘴108，而在其中向其吹送散热涂料P1的成型体M3的表面温度过低的情况下，控制部110向下移动涂料喷嘴108。

图3为示出了成型体M3(和被保持的熔融金属M2)的表面温度的温度梯度的一个实例的视图。在图3的实例中，横轴指示表面温度，纵轴指示距离熔融金属表面的高度(在z-轴方向上的位置)。参见图3，表面温度指示从熔融金属表面到凝固界面SIF的高于熔融金属M1的凝固点T3(例如，大约660度)的值。也就是说，熔融金属M1保持为液体(即，被保持的熔融金属M2)。其后，在凝固界面SIF上，表面温度达到熔融金属M1的凝固点T3，并随着熔融金属M1距离凝固界面SIF的位置变高而逐渐降低。也就是说，熔融金属M1凝固而变为成型体M3。

鉴于此，控制部110调节涂料喷嘴108的高度使得向其吹送散热涂料P1的成型体M3的表面温度变为熔融金属M1的凝固点T3以下。这可防止散热涂料P1被吹送到被保持的熔融金属M2，从而使得可以防止成型体M3的品质的降低。

接下来将结合图1至4描述根据实施方案1的成型体制造方法。图4为示出了根据实施方案1的成型体制造方法的流程图。

首先，引锭ST通过上引机111向下移动，使得引锭ST的梢端通过形状限定构件102的熔融金属通过部103浸入到熔融金属M1中(步骤S101)。

然后，在预定速度下开始引锭ST的上引。这里，即便引锭ST与熔融金属表面存在距离，但熔融金属M1由于其表面膜和表面张力也将随引锭ST从熔融金属表面被上引(引出)，使得形成被保持的熔融金属M2。如图1中所示，在形状限定构件102的熔融金属通过部103中形成被保持的熔融金属M2。也就是说，由形状限定构件102赋予被保持的熔融金属M2以形状(步骤S102)。

然后，引锭ST或使得被保持的熔融金属M2凝固而形成的成型体M3被从冷却剂气体喷嘴106喷射的冷却剂气体冷却(步骤S103)。由此，从引锭ST或成型体M3延续的被保持的熔融金属M2被间接冷却并从上侧向下侧依次凝固，使得成型体M3生长(步骤S104)。如此，可连续地形成成型体M3。

这里，由热电偶107测量在距离熔融金属表面预定高度处的成型体M3的表面温度(步骤S105)。当基于热电偶107的测量结果确定向其吹送散热涂料P1的成型体M3的表面温度高于熔融金属M1的凝固点(步骤S106中的“否”)时，控制部110向上移动涂料喷嘴108(步骤S107)。其后，再次进行通过热电偶107的温度测量(步骤S105)。

其后，当确定向其吹送散热涂料P1的成型体M3的表面温度为熔融金属M1的凝固点以下(步骤S106中的“是”)时，控制部110固定涂料喷嘴108的高度并向成型体M3的表面吹送散热涂料P1。由此，在成型体M3的表面上形成散热涂层(步骤S108)。

这样，在实施方案1的成型体制造装置中，调节涂料喷嘴108的高度使得向其吹送散热涂料P1的成型体M3的表面温度变为熔融金属M1的凝固点T3以下。这可防止散热涂料P1被吹送到被保持的熔融金属M2，从而使得可以防止成型体M3的品质的降低。

<实施方案2>图5为示出了根据实施方案2的成型体制造方法的流程图。根据实施方案2的成型体制造方法与根据实施方案1的成型体制造方法的不同在于如何基于热电偶107的测量结果来调节涂料喷嘴108。

如图5中所示，当确定向其吹送散热涂料P1的成型体M3的表面温度不低于散热涂料P1分解的温度T2(参见图3)(步骤S206中的“否”)时，控制部110向上移动涂料喷嘴108(步骤S207)。此外，即使在其中向其吹送散热涂料P1的成型体M3的表面温度低于散热涂料P1分解的温度T2(步骤S206中的“是”)的情况下，如果确定表面温度低于足以使散热涂料P1凝固的温度T1(参见图3)(步骤S208中的“否”)，那么控制部110向下移动涂料喷嘴108(步骤S209)。其后，再次进行通过热电偶107的温度测量(步骤S105)。

其后，当确定向其吹送散热涂料P1的成型体M3的表面温度不低于散热涂料P1凝固的温度T1(就聚酰胺酰亚胺而言，180度)但低于散热涂料P1分解的温度T2(就聚酰胺酰亚胺而言，400度)(步骤S208中的“是”)时，控制部110固定涂料喷嘴108的高度并向成型体M3的表面吹送散热涂料P1。由此，在成型体M3的表面上形成散热涂层(步骤S108)。

这样，在根据实施方案2的成型体制造装置中，调节涂料喷嘴108的高度使得向其喷射散热涂料P1的成型体M3的表面温度不低于散热涂料P1凝固的温度T1但低于散热涂料P1分解的温度T2。由此，吹送到处于高温状态下的成型体的表面的散热涂料P1正常凝固，使得可以高品质在成型体的表面上高效地形成散热涂层。

注意，本发明不限于以上实施方案，而是可在不偏离本发明的主旨的范围内作各种改变。

Claims (8)

1.一种用于制造成型体的成型体制造方法，所述成型体制造方法使得熔融金属从保持在保持炉中的所述熔融金属的熔融金属表面引出并通过配置为限定所述成型体的截面形状的形状限定构件，所述成型体制造方法的特征在于包括：

测量所形成的成型体的表面温度使得已通过所述形状限定构件的所述熔融金属凝固；

基于所述成型体的表面温度的测量结果调节涂料喷嘴的高度使得向其吹送散热涂料的所述成型体的表面温度变为所述熔融金属的凝固点以下；以及

从所述涂料喷嘴向所述成型体的表面喷射所述散热涂料。

2.根据权利要求1所述的成型体制造方法，其特征在于：

基于所述成型体的表面温度的测量结果向上移动所述涂料喷嘴使得向其吹送所述散热涂料的所述成型体的表面温度变为所述熔融金属的凝固点以下；以及

其后，当确定向其吹送所述散热涂料的所述成型体的表面温度为所述熔融金属的凝固点以下时，固定所述涂料喷嘴的高度。

3.根据权利要求1或2所述的成型体制造方法，其特征在于：

在所述涂料喷嘴的高度的调节中，调节所述涂料喷嘴的高度使得向其吹送所述散热涂料的所述成型体的表面温度不低于所述散热涂料凝固的温度，但低于所述散热涂料分解的温度。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的成型体制造方法，其特征在于：

当确定向其吹送所述散热涂料的所述成型体的表面温度不低于所述散热涂料凝固的温度时，向上移动所述涂料喷嘴；

当确定向其吹送所述散热涂料的所述成型体的表面温度低于所述散热涂料分解的温度并且低于足以使所述散热涂料凝固的温度时，向下移动所述涂料喷嘴；以及

其后，当确定向其吹送所述散热涂料的所述成型体的表面温度不低于所述散热涂料凝固的温度但低于所述散热涂料分解的温度时，固定所述涂料喷嘴。

5.一种成型体制造装置，其特征在于包括：

保持炉，所述保持炉配置为保持熔融金属；

形状限定构件，所述形状限定构件布置在所述熔融金属的熔融金属表面上并且配置为在从所述熔融金属表面引出的所述熔融金属通过所述形状限定构件时限定待制造的成型体的截面形状；

温度测量器，所述温度测量器配置为测量所形成的成型体的表面温度使得已通过所述形状限定构件的所述熔融金属凝固；

涂料喷嘴，所述涂料喷嘴配置为向所形成的成型体的表面喷射散热涂料使得已通过所述形状限定构件的所述熔融金属凝固；和

执行器，所述执行器配置为沿上下方向驱动所述涂料喷嘴，其中

基于所述温度测量器的测量结果调节所述涂料喷嘴的高度，使得向其吹送所述散热涂料的所述成型体的表面温度变为所述熔融金属的凝固点以下。

6.根据权利要求5所述的成型体制造装置，其特征在于：

基于所述成型体的表面温度的测量结果向上移动所述涂料喷嘴使得向其吹送所述散热涂料的所述成型体的表面温度变为所述熔融金属的凝固点以下；以及

其后，当确定向其吹送所述散热涂料的所述成型体的表面温度为所述熔融金属的凝固点以下时，固定所述涂料喷嘴的高度。

7.根据权利要求5或6所述的成型体制造装置，其特征在于：

调节所述涂料喷嘴的高度使得向其吹送所述散热涂料的所述成型体的表面温度不低于所述散热涂料凝固的温度，但低于所述散热涂料分解的温度。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的成型体制造装置，其特征在于：

当确定向其吹送所述散热涂料的所述成型体的表面温度不低于所述散热涂料凝固的温度时，向上移动所述涂料喷嘴；

当确定向其吹送所述散热涂料的所述成型体的表面温度低于所述散热涂料分解的温度并且低于足以使所述散热涂料凝固的温度时，向下移动所述涂料喷嘴；以及

其后，当确定向其吹送所述散热涂料的所述成型体的表面温度不低于所述散热涂料凝固的温度但低于所述散热涂料分解的温度时，固定所述涂料喷嘴。